Asphaltbitumenemulsion vom Öl-m-Wasser-Typ
Asphaltbitumenemulsionen werden allgemein in zwei Klassen eingeteilt. Diese umfassen Wasser-in Öl-Emulsionen und Öl-in-Wasser-Emulsionen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Emulsionen der letztgenannten Art. Eigenschaften asphaltischer Bitumenemulsionen, welche technisch von Bedeutung sind und je nach der ins Auge gefassten Anwendung variiert werden müssen, sind Viskosität und Bitumengehalt. Die Viskosität von Emulsionen ist wesentlich bei solchen Zwecken, wie Anwendung für Strassenbettung, Strassenbeläge und dergleichen, bei welchen die Neigung zum Fliessen auf einer schrägen Fläche auf ein Mindestmass herabgesetzt werden. Für Strassen überzüge geben viele Vorschriften ein Maximum von etwa 2 % Asche, berechnet auf den Asphalt, an.
Infolgedessen werden scharfe Begrenzungen bezüglich der Menge und Art der Bestandteile vorgeschrieben, welche zur Regelung der Viskosität dienen können.
Ausser dem Wasser- und Asphaltbitumengehalt beeinflussen zahlreiche andere Merkmale die Viskosität. Zu solchen Merkmalen gehören u. a. die kolloidalen Eigenschaften spezieller Asphaltbitumina, die besondere Art des verwendeten Emulgierungsmittels, der Grad der Dispergierung des asphaltischen Bitumens (Teilchengrösse) und zahlreiche andere Faktoren.
Viele Asphaltbitumina enthalten wechselnde Mengen Salzwasser. Dieser Salzgehalt ist in hohem Masse abhängig von der Herkunft und von dem Zustand der bei einer besonderen Ölquelle vorliegenden Verhältnisse. Der Salzgehalt hat eine starke Wirkung auf die Pumpviskosität asphaltischer Bitumenemulsionen. Es ist angenommen worden, dass der Grund hierfür darin liegt, dass das organische Salz, das in dem Asphaltbitumen vorliegt, in einem osmotischen System wirkbar wird, wodurch Wasser von dem asphaltischen Bitumen absorbiert wird und dadurch das tatsächliche Volumen der Asphaltbitumentröpfchen und infolgedessen die Viskosität des Systems sich erhöht.
Da Asphaltbitumina in ihrem Salzgehalt so wesentlich verschieden sind, haben auch Asphaltbitumenemulsionen, welche die gleiche Menge Asphaltbitumen und auch des Emulgators enthalten, sehr stark voneinander abweichende Viskositäten.
Ein Mittel zur Regelung der Viskosität besteht in der Einverleibung einer gesättigten Wasser-in-Öl Emulsion in die Asphaltbitumenphase. Während hierdurch in gewissem Masse eine Verbesserung erzielt werden kann, ist doch festgestellt worden, dass die im Handel erhältlichen Salzemulsionen unbeständig sind und beim Lagern zu einer Verringerung der Wirksamkeit neigen. Die Herstellung von Asphaltbitumenemulsionen, welche solche emulgierte Salzzusätze enthalten, ist auch mühsam und zeitraubend.
Es wurde festgestellt, dass die Viskosität von Asphaltbitumenemulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ, die zur Herstellung von Strassenüberzügen und dergleichen geeignet sind, scharf geregelt werden kann durch Zusatz eines hydrophilen Tons sowie eines in Wasser dispergierbaren Derivates eines Polysaccharids in ganz bestimmten Verhältnissen, falls dabei der pH-Wert der wässrigen Phase der Emulsion im Bereich von 10 und 11,2 gehalten wird. Nur zwischen diesen pH-Grenzen ergeben die genannten kombinierten Zusatzstoffe, wie sich gezeigt hat, einen synergistischen Effekt hinsichtlich der Viskosität der Emulsion. Sonst gleiche Emulsionen, deren wässrige Phase jedoch einen pH-Wert unter 101 besass, hatten sich als ausserordentlich unbeständig erwiesen und sind für die meisten Verfahren zur Herstellung von Strassenüberzügen ungeeignet.
Gegenstand des Patentes ist eine Asphaltbitumenemulsion vom Öl-in Wasser-Typ, welche ein Emulgierungsmittel enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre wässrige Phase einen pH-Wert im Bereich von 10,0-11,2 aufweist, und einen in Wasser quellbaren Ton sowie ein in Wasser dispergierbares Polys accharidderivat enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Ton zu Polysaccharidderivat zwischen 6:1 und 2:1 liegt.
Die Kombination von Ton mit dem in Wasser dispergierbaren Zellulosederivat in den angegebenen Mengenverhältnissen ergibt bei den genannten Asphaltbitumenemulsionen einen synergistischen, die Viskosität erhöhenden Effekt. Um die Asche bildende Komponenten in der Emulsion niedrig zu halten, wird die Menge des Tons in der wässrigen Phase vorzugsweise auf weniger als 2 Ges. %, berechnet auf das Asphaltbitumen, eingestellt.
Die hauptsächlich in Betracht gezogenen Tone umfassen die Montmorillonite, insbesondere die Natrium-, Kalium- oder Lithiumbentonite, wie Wyoming Bentonit, Magnesium-Bentonft (manchmal als Hektorit bezeichnet) und Saponit, wobei die Bentonit Tone bevorzugt werden. Es können auch Nontronit, Atapulgit und Fullererden, imbesonodere solche vom Georgia-Florida-Typ, verwendet werden. Vorzugsweise benutzt man Tone mit einem wesentlichen Basenaustauschvermögen, da sich gezeigt hat, dass sie die gewünschte relativ hohe Quellfähigkeit bei Anwesenheit von Wasser aufweisen. Vorzugsweise liegt die Basenaustauschfähigkeit der verschiedenen genannten Tone zwischen etwa 15 und etwa 100 Milli äquivalent austauschbarer Base auf 100 g des Tons.
Die Montmorillonite haben ein verhältnismässig hohes Basenaustauschvermögen, gewöhnlich 60 bis 100.
Atapulgit und Illit haben ein beachtliches Basenaustauschvermögen (15 bis 40). Im allgemeinen sind die Tone mit höherem Basenaustauschvermögen, nämlich solche mit einem Austauschvermögen von mindestens 25, in den asphaltischen Bitumenemulsionen gemäss vorliegender Erfindung besonders gut brauchbar.
Die Tone, wie die vorstehend genannten, zeigen in Asphaltbitumenemulsionen ein gewisses Ver dickungsvermögen, wie nachstehend näher erläutert werden soll. Um die Viskosität vieler Asphaltbitumenemulsionen in stärkerem Masse zu erhöhen, war es bis anhin erforderlich, eine aussergewöhnlich grosse Menge des Tons anzuwenden, was jedoch zu einem erhöhten Aschengehalt führt.
Die Anwendung von in Wasser dispergierbaren Zellulosederivaten zur Steigerung der Viskosität von Asphaltbitumenemulsionen ist als Parallelfall zur Anwendung von Ton betrachtet worden. Wegen des verhältnismässig hohen Preises der ersteren Stoffe war ihre Anwendung aber aus wirtschaftlichen Gründen beschränkt. Es ist daher erwünscht, ein verhältnismässig billiges Material, wie Ton, zu verwenden, um die aussergewöhnlich hohe Wirksamkeit bezüglich der Steigerung der Viskosität durch wasserlösliche Zellulosederivate noch zu unterstützen.
Bei Prüfung von Mischungen der vorstehend erwähnten Art wurde festgestellt, dass ein synergistischer Effekt bezüglich der Viskosität von asphaltischen Bitumenemulsionen erzielt wird, wenn das Mengenverhältnis zwischen Ton und in Wasser dispergierbarem Zellulosederivat im Bereich von etwa 6:1 bis etwa 2:1 gehalten wird, wobei es ausserdem wesentlich ist, das der pH-Wert der wässrigen Asphaltemulsion beschränkt wird auf einen Wert zwischen etwa 10,0 und 11,2.
Als in Wasser dispergierbare Polysaccharidderivate (z. B. Stärke- oder Zellulosederivate), welche für die vorliegende Erfindung brauchbar sind, seien die folgenden Gruppen genannt: 1. Die bevorzugte Klasse umfasst die Alkali- (vor zugsweise Natrium-)salze von Carboxymethyl zellulose.
2. Hydroxyäthylzellulose und 3. Methylzellulose.
Die chemische Natur und die Eigenschaften dieser Zellulosederivate sind allgemein bekannt, so dass eine weitere Beschreibung nicht erforderlich ist. Anstelle der Zellulosederivate oder zusätzlich zu diesen können die entsprechenden Stärkederivate angewandt werden. Die Derivate existieren mit einer Vielzahl von Viskositätswerten, nicht nur in Abhängigkeit von dem Substitutionsgrad der angeführten funktionellen Gruppen (wie Carboxymethyl) anstelle der Hydroxylgruppen, sondern auch von dem Grad der Polymerisation (oder Depolymerisation) der Zellulose. Es können auch gemischte Derivate sowie auch Mischungen von Derivaten angewandt werden.
Wie das Beispiel zeigt, wird ein wesentlicher und unerwarteter synergistischer Effekt erzielt durch gewisse Kombinationen der beiden beschriebenen Klassen von Hilfsmitteln. Solche Kombinationen ermöglichen die Herstellung von Asphaltbitumenemulsionen mit einer unerwartet hohen Viskosität bei einem bestimmten Bitumengehalt. Hierdurch wird die Produktion von Asphaltbitumenemulsionen ermöglicht, die bei einem bestimmten Bitumengehalt eine in grossem Umfang variierende Viskosität aufweisen. Hinsichtlich der technischen Verwertung solcher Emulsionen ist es auch von Bedeutung, dass durch die vorliegende Erfindung die gleichzeitige Erzielung der Viskositätsanforderungen und der Anforderungen in bezug auf den Bitumengehalt entsprechend den zahlreichen Vorschriften für solche Bitumenemulsionen ermöglicht wird.
Zusätzlich zu den Verdickungsmitteln, nämlich Ton und in Wasser dispergierbaren Zellulosederivaten, enthalten die erfindungsgemässen Emulsionen auch ein Emulgierungsmittel. Es gibt zahlreiche geeignete solche Mittel; die am günstigsten wirkenden sind die in Wasser dispergierbaren Seifen. Besonders zweckmässg besteht der Emulgator aus einer Alkaliseife höherer Fettsäuren. Die höheren Fettsäuren können Gemische von Säuren umfassen, die in natürlich auftretenden Produkten, wie Tallöl, Fischöle, pflanzliche Öle und dergleichen vorliegen. Normalerweise sind die Seifen Natrium- oder Kaliumseifen einer oder mehrerer Säuren, wie Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Öl-, Rizinol-, Linol- oder Linolensäure, sowie Gemische solcher Säuren.
Andere geeignete Säuren sind erhältlich aus Kokosnussöl, Palmkernöl, Maisöl, Baumwollsaatöl, Sardinenöl, Sojabohnenöl oder Erdnussöl. Es kommen auch die Säuren von teilweise oder vollständig hydrierten, tierischen und pflanzlichen Ölen zusätzlich oder ansteile anderer Säuren in Betracht, sowie die Carbonsäuren, die hergestdlt worden sind durch Oxydation von Erdöl oder Paraffinwachs und dergleichen.
In Wasser lösliche Emulgierungsmittel werden vorzugsweise angewandt in Mengen zwischen etwa 0,25 und 2 0 ;, berechnet auf das Gewicht der wäss- rigen Phase.
Emulsionen, die normalerweise den Anforderungen der Praxis entsprechen, enthalten zwischen etwa 55 und 70 Ges. % an Asphaltbitumen und haben eine Viskosität zwischen etwa 20 (SSF) Sekunden nach Seibold Fufurol bei 250 und etwa 450 Sekunden nach Seibold (Furfurol) bei 500. Solche Emulsionen werden gewöhnlich in zwei Gruppen eingereiht und werden normalerweise betrachtet als rasch absitzende Emulsionen oder sogenannte RS (Rapide setting)-Emulsionen.
Nach den Vorschriften der Verbraucher werden RS-1- und RS-2-Emulsionen unterschieden. RS-l-Emulsionen werden gewöhnlich durch die Abnahmevorschriften beschränkt auf solche Emulsionen, die bei 250 eine Viskosität zwischen 20 und 100 (Seibold Furfurol) aufweisen, während gleichzeitig der Gehalt an Asphaltbitumen zwischen 57 und 62 Ges.% (berechnet auf die Gesamtemulsion) gehalten werden muss. RS-2-Emulsionen sind gewöhnlich beschränkt auf solche Produkte, in welchen die Viskosität bei 500 zwischen etwa 100 und 400 Sekunden (Seibold Furfurol) liegt, während die Produkte einen Asphaltbitumengehalt zwischen etwa 62 und 69 Ges. % aufweisen.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Asphaltbitumina weisen normalerweise eine Penetration zwischen etwa 20 und etwa 30 bei 250 und einen Ring-Kugel-Erweichungspunkt zwischen etwa 100 und etwa 130 auf. Das asphaltische Bitumen wird gewöhnlich erwärmt auf etwa 120 bis 1600, so dass es leichtflüssig ist, und wird dann in eine Kolloidmühle übergeführt, in welcher es einer starken scherenden Wirkung zusammen mit der das Emulgierungsmittel enthaltenden Wasserphase unterworfen wird.
Es wurden Emulsionen hergestellt, welche 1,5 Ges. % Tallöl mit wechselnden Mengen Natriumhydroxyd mit und ohne Bentonit und bzw. oder Natriumcarboxymethylzellulose enthielten, wie in der Tabelle angegeben. Der Gehalt der Emulsion an Asphaltbitumen wurde auf 65 Ges. % gehalten. Die verwendete Menge des Natriumhydroxyds betrug 75 % der Tallölsäuren. Die verwendete Menge des Na triumhydroxyds war so gross, dass 75% der Tallölsäuren durch das Hydroxyd auf einen pH-Wert von 10 neutralisiert wurden. Bei dem pH-Wert 11 waren im wesentlichen äquivalente Mengen des Natriumhydroxyds und Tallölsäuren vorhanden und bei einem pH-Wert von 11,5 lag ein 25% der Überschuss an Hydroxyd gegenüber den Säuren vor.
Bei alkalischen Werten der wässrigen Phase der Emulsionen unter pH 10 waren die Emulsionen äusserst unbeständig, während bei einem pH derselben über 11,2 kein ersichtlicher synergistischer Effekt durch die Kombination von Ton mit Natriumcarboxyzellulose erzielt wurde.
Aus der Tabelle ergibt sich, dass die zur Regelung der Viskosität verwendeten Zusatzmittel mengenmässig genug waren, so dass die Emulsionen den Vorschriften, welche bezüglich der RS-2-Emulsionen aufgestellt wurden, nicht zu widerlaufen. Der Zusatz von 1 % Bentonit zu den drei verschiedenen Emulsionen verursachte nur eine unbedeutende Steigerung in der Viskosität der Emulsionen. Die Änderung in der Viskosität war vollkommen ungenügend im Hinblick auf die Vorschriften für RS-2-Emulsionen. Bei Anwendung von 0,25 Ges. % Natriumcarboxyzellulose in Abwesenheit von Ton wurde nur eine mässige Steigerung in der Viskosität der Emulsion festgestellt.
Die Kombination von Ton mit der Natriumcarboxymethylzellulose führte jedoch zu einem vollständig unerwarteten synergistischen Effekt hinsichtlich der Emulsionsviskosität, wenn der pH-Wert 10,0 bzw.
11,0 betrug. Bei dem höheren pH-Wert (11,5), bei welchem überschüssiges Natriumhydroxyd vorhanden war, war der synergistische Effekt von allzu geringer Grössenordnung, um praktisch interessant zu sein.
Tabelle
Konzentration in Gew. % Emulsionsviskosität bei 500 (SSF) Betonit Natriumcarboxymethylzellulose pH 11,5 pH 11,0 pH 10,0
22 22 22
1,0 - 23 27 33 - 0,25 88 110 135
1,0 0,25 115 160 220
Es hat sich dennoch gezeigt, dass der synergistische Effekt bezüglich der Emulsionsviskosität praktisch uninteressant wird, wenn die asphaltischen Bitumenemulsionen mehr als etwa 10% Überschuss an freier Base über die zur Neutralisation der Fettsäuren erforderliche Menge hinaus enthalten. Anderseits sind die Emulsionen ausserordentlich unbeständig, wenn sie mehr als etwa 10% unverseifte Fettsäuren enthalten.
Die Asphaltbitumenemulsionen gemäss vorliegender Erfindung können auch noch Bestandteile enthalten, die hier nicht ausdrücklich angeführt worden sind. Es hat sich jedoch als unerwünscht gezeigt, den Emulsionen faserige Füllstoffe und dergleichen einzuverleiben, wenn die Mengen dieser Stoffe so gross sind, dass sie mehr als etwa 2 Ges. % Asche in dem Gemisch ergeben. Solche Stoffe können die charakteristischen Eigenschaften der Emulsionen in solchem Ausmasse verändern, dass sie für die Herstellung von Überzügen bzw. Strassendecken unbrauchbar sind. Ausserdem wird durch übermässige Anwendung solcher faseriger Füllstoffe (z. B. Asbest) die die Viskosität steigernde Wirkung im Sinne der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt.
Asphalt bitumen emulsion of the oil-m-water type
Asphalt bitumen emulsions are generally divided into two classes. These include water-in-oil emulsions and oil-in-water emulsions. The present invention relates to emulsions of the last-mentioned type. Properties of asphaltic bitumen emulsions which are of technical importance and which have to be varied depending on the application envisaged are viscosity and bitumen content. The viscosity of emulsions is essential for purposes such as road bedding, road surfaces and the like, in which the tendency to flow on an inclined surface is reduced to a minimum. For road coatings, many regulations state a maximum of around 2% ash, calculated on the asphalt.
As a result, strict limits are imposed on the amount and type of ingredients which can be used to control viscosity.
In addition to the water and asphalt bitumen content, numerous other characteristics influence the viscosity. Such features include a. the colloidal properties of specific asphalt bitumens, the particular type of emulsifier used, the degree of dispersion of the asphaltic bitumen (particle size) and numerous other factors.
Many asphalt bitumens contain varying amounts of salt water. This salt content depends to a large extent on the origin and on the condition of the conditions in a particular oil well. The salt content has a strong effect on the pump viscosity of asphaltic bitumen emulsions. It has been assumed that the reason for this is that the organic salt present in the asphalt bitumen acts in an osmotic system, whereby water is absorbed by the asphaltic bitumen and thereby the actual volume of the asphalt bitumen droplets and consequently the viscosity of the System increases.
Since asphalt bitumens are so significantly different in their salinity, asphalt bitumen emulsions, which contain the same amount of asphalt bitumen and the emulsifier, also have very different viscosities.
One means of controlling viscosity is to incorporate a saturated water-in-oil emulsion into the asphalt bitumen phase. While this may provide some improvement, it has been found that the commercially available salt emulsions are inconsistent and tend to be less effective on storage. The production of asphalt bitumen emulsions containing such emulsified salt additives is also tedious and time consuming.
It has been found that the viscosity of asphalt bitumen emulsions of the oil-in-water type, which are suitable for the production of road coatings and the like, can be strictly controlled by adding a hydrophilic clay and a water-dispersible derivative of a polysaccharide in very specific proportions, if the pH of the aqueous phase of the emulsion is kept in the range of 10 and 11.2. As has been shown, the stated combined additives only produce a synergistic effect with regard to the viscosity of the emulsion between these pH limits. Otherwise the same emulsions, but whose aqueous phase had a pH value below 101, had proven to be extremely unstable and are unsuitable for most processes for the production of road coatings.
The subject of the patent is an asphalt bitumen emulsion of the oil-in-water type, which contains an emulsifying agent and is characterized in that its aqueous phase has a pH in the range of 10.0-11.2, and a clay swellable in water as well contains a water-dispersible polysaccharide derivative, the weight ratio of clay to polysaccharide derivative being between 6: 1 and 2: 1.
The combination of clay with the water-dispersible cellulose derivative in the stated proportions results in a synergistic effect which increases the viscosity of the asphalt bitumen emulsions mentioned. In order to keep the ash-forming components in the emulsion low, the amount of clay in the aqueous phase is preferably set to less than 2% by weight, calculated on the asphalt bitumen.
The clays primarily contemplated include the montmorillonites, particularly the sodium, potassium or lithium bentonites such as Wyoming bentonite, magnesium bentonite (sometimes referred to as hectorite) and saponite, with the bentonite clays being preferred. Nontronite, atapulgite, and fuller's earths, particularly those of the Georgia-Florida type, can also be used. Clays with a substantial base exchange capacity are preferably used, since it has been shown that they have the desired relatively high swelling capacity in the presence of water. Preferably, the base exchange capacity of the various clays mentioned is between about 15 and about 100 milli-equivalents of exchangeable base per 100 g of the clay.
The montmorillonites have a relatively high base exchange capacity, usually 60 to 100.
Atapulgite and Illite have a considerable base exchange capacity (15 to 40). In general, the clays with a higher base exchange capacity, namely those with an exchange capacity of at least 25, are particularly useful in the asphaltic bitumen emulsions according to the present invention.
The clays, such as those mentioned above, show a certain degree of thickening in asphalt bitumen emulsions, as will be explained in more detail below. In order to increase the viscosity of many asphalt bitumen emulsions to a greater extent, it has hitherto been necessary to use an unusually large amount of the clay, which, however, leads to an increased ash content.
The use of water-dispersible cellulose derivatives to increase the viscosity of asphalt bitumen emulsions has been viewed as parallel to the use of clay. Because of the relatively high price of the first substances, their use was limited for economic reasons. It is therefore desirable to use a relatively inexpensive material, such as clay, in order to support the exceptionally high effectiveness in increasing viscosity of water-soluble cellulose derivatives.
When testing mixtures of the type mentioned above, it was found that a synergistic effect with regard to the viscosity of asphaltic bitumen emulsions is achieved if the quantitative ratio between clay and water-dispersible cellulose derivative is kept in the range from about 6: 1 to about 2: 1, with it is also essential that the pH of the aqueous asphalt emulsion is limited to a value between about 10.0 and 11.2.
The following groups may be mentioned as water-dispersible polysaccharide derivatives (e.g. starch or cellulose derivatives) which are useful for the present invention: 1. The preferred class comprises the alkali (preferably sodium) salts of carboxymethyl cellulose.
2. hydroxyethyl cellulose and 3. methyl cellulose.
The chemical nature and properties of these cellulose derivatives are well known and no further description is required. Instead of the cellulose derivatives or in addition to them, the corresponding starch derivatives can be used. The derivatives exist with a variety of viscosity values, depending not only on the degree of substitution of the listed functional groups (such as carboxymethyl) in place of the hydroxyl groups, but also on the degree of polymerization (or depolymerization) of the cellulose. Mixed derivatives and also mixtures of derivatives can also be used.
As the example shows, an essential and unexpected synergistic effect is achieved by certain combinations of the two classes of auxiliaries described. Such combinations make it possible to produce asphalt bitumen emulsions with an unexpectedly high viscosity for a certain bitumen content. This enables the production of asphalt bitumen emulsions which, with a certain bitumen content, have a widely varying viscosity. With regard to the technical utilization of such emulsions, it is also important that the present invention enables the viscosity requirements and the requirements with regard to the bitumen content to be achieved simultaneously in accordance with the numerous regulations for such bitumen emulsions.
In addition to the thickeners, namely clay and water-dispersible cellulose derivatives, the emulsions according to the invention also contain an emulsifier. There are numerous suitable such means; the most effective are the water-dispersible soaps. The emulsifier particularly expediently consists of an alkali soap of higher fatty acids. The higher fatty acids can include mixtures of acids present in naturally occurring products such as tall oil, fish oils, vegetable oils, and the like. Normally the soaps are sodium or potassium soaps of one or more acids, such as lauric, myristic, palmitic, stearic, oleic, ricinoleic, linoleic or linolenic acid, and mixtures of such acids.
Other suitable acids are available from coconut oil, palm kernel oil, corn oil, cottonseed oil, sardine oil, soybean oil, or peanut oil. The acids of partially or fully hydrogenated animal and vegetable oils, in addition to or in part, of other acids, as well as the carboxylic acids which have been produced by the oxidation of petroleum or paraffin wax and the like, are also possible.
Water-soluble emulsifiers are preferably used in amounts between about 0.25 and 20%, calculated on the weight of the aqueous phase.
Emulsions which normally meet the requirements of practice contain between about 55 and 70% by weight of asphalt bitumen and have a viscosity between about 20 (SSF) seconds according to Seibold Fufurol at 250 and about 450 seconds according to Seibold (Furfurol) at 500. Such Emulsions are usually divided into two groups and are usually considered to be rapid setting emulsions or so-called RS (rapid setting) emulsions.
According to consumer regulations, a distinction is made between RS-1 and RS-2 emulsions. RS-l emulsions are usually restricted by the acceptance regulations to those emulsions that have a viscosity between 20 and 100 (Seibold Furfurol) at 250, while at the same time the asphalt bitumen content is kept between 57 and 62% (calculated on the total emulsion) must become. RS-2 emulsions are usually limited to those products in which the viscosity at 500 is between about 100 and 400 seconds (Seibold Furfurol), while the products have an asphalt bitumen content between about 62 and 69% by weight.
The asphalt bitumens used in the present invention typically have a penetration between about 20 and about 30 at 250 and a ring and ball softening point between about 100 and about 130. The asphaltic bitumen is usually heated to about 120 to 1600, so that it is easily liquid, and is then transferred to a colloid mill, in which it is subjected to a strong shear action together with the water phase containing the emulsifying agent.
Emulsions were prepared which contained 1.5% tall oil with varying amounts of sodium hydroxide with and without bentonite and / or sodium carboxymethyl cellulose, as indicated in the table. The asphalt bitumen content of the emulsion was kept at 65%. The amount of sodium hydroxide used was 75% that of tall oil acids. The amount of sodium hydroxide used was so great that 75% of the tall oil acids were neutralized to a pH of 10 by the hydroxide. At pH 11 there were essentially equivalent amounts of the sodium hydroxide and tall oil acids present, and at pH 11.5 there was a 25% excess of hydroxide over the acids.
At alkaline values of the aqueous phase of the emulsions below pH 10, the emulsions were extremely unstable, while at a pH of the same above 11.2 no apparent synergistic effect was achieved by the combination of clay with sodium carboxycellulose.
The table shows that the additives used to regulate the viscosity were of sufficient quantity so that the emulsions did not contravene the regulations that were drawn up with regard to the RS-2 emulsions. The addition of 1% bentonite to the three different emulsions caused only an insignificant increase in the viscosity of the emulsions. The change in viscosity was totally inadequate for RS-2 emulsion regulations. When using 0.25% by weight sodium carboxycellulose in the absence of clay, only a moderate increase in the viscosity of the emulsion was found.
The combination of clay with the sodium carboxymethyl cellulose, however, resulted in a completely unexpected synergistic effect on the emulsion viscosity when the pH value was 10.0 or 10.0.
Was 11.0. At the higher pH (11.5) at which excess sodium hydroxide was present, the synergistic effect was of all too small a magnitude to be of practical interest.
table
Concentration in% by weight emulsion viscosity at 500 (SSF) betonite sodium carboxymethyl cellulose pH 11.5 pH 11.0 pH 10.0
22 22 22
1.0 - 23 27 33 - 0.25 88 110 135
1.0 0.25 115 160 220
It has nonetheless been found that the synergistic effect with regard to the emulsion viscosity becomes practically uninteresting if the asphaltic bitumen emulsions contain more than about 10% excess of free base over the amount required to neutralize the fatty acids. On the other hand, the emulsions are extremely unstable if they contain more than about 10% unsaponified fatty acids.
The asphalt bitumen emulsions according to the present invention can also contain constituents that are not expressly mentioned here. However, it has been found to be undesirable to incorporate fibrous fillers and the like in the emulsions if the amounts of these substances are so great that they result in more than about 2% by weight of ash in the mixture. Such substances can change the characteristic properties of the emulsions to such an extent that they are useless for the production of coatings or road surfaces. In addition, excessive use of such fibrous fillers (e.g. asbestos) adversely affects the viscosity-increasing effect in the context of the present invention.